凌顺 郭春平 田虎虎 朱江辉

摘 要：该工法主要是提高了RTK工程测量成果的可靠性、精度及效率。该工法对线路长，地形复杂，地表条件，通讯环境恶劣，工期时间短等难度条件大的市政道路排水测量作业有绝对的优势。该RTK工法確保了测量成果的可靠性、精度及效率，来之能测，测之能用，可为施工现场提供及时可靠的测量服务，不至因测量工作影响施工进度，并可减少由于人为、仪器、天气影响等带来的误差，同时降低由于测量误差造成的工程返工的经济损失。

关键词：道路工程;测量;GPS;RTK

中图分类号：U415 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）06-0127-02

0 前言

目前市政道路排水工程施工企业己较多的在施工中采用GPS即时动态定位（Real Time Kinematic，RTK）其具有施测迅速，移动快速，大部分工作不需进行内业计算工作并提供高精度的即时定位效能，借助RTK手段，能够明显地降低测量人员的工作负荷，改善工作质量，对于工程测量工作的效率和质量帮助非常大，具有深远的意义。

中核华泰建设有限公司在2012年在市政道路排水工程建设中就引进采用了RTK测量仪并取得了良好的成效，但是在使用过程中也发现RTK在市政道路排水工程测量中难以达到全站仪等传统测量方法百分百的可靠性，测量精度受接收卫星数量及信号强度、电离层、数据链电台传输远近、对空通视环境影响等情况;对此中核华泰建设有限公司成立了道路排水工程RTK测量工法研究小组，重点研究RTK测量原理及其在道路排水工程中的适用范围、工法优点、操作流程及注意事项，找出影响测量作业中精度及可靠性的因素并加以解决。在实践中形成了此工法，在应用过程中效果良好，有效保证了RTK测量成果的可靠性及精度，并提高了RTK测量的作业效率。

1 RTK工法优点

（1）作业效率高。除测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰外对测站及测点间不作通视要求。并可避免传统测量需测量多个控制点和多次转移测量仪器位置的特点，缩短了工作时间和量，相比传统测量方式明显提高了工作效率。（2）定位准确，误差小。在有效卫星≥五颗，高度角大于20°时，平面解精度为3mm+1ppm，高程精度也能满足四等水准要求;数据安全可靠且没有误差积累。一次设站转换参数后可有效控制≤5km的测区。（3）对作业环境的条件放宽。传统测量需要满足两点间光学通视条件，能见度、气候和季节对传统测量影响都很大，达到电磁波通视条件即可，可以很容易高效精准定位。（4）具自动性，高度集成性，测绘能力高的特点。流动站内置工程之星软件进行作业，可高效完成测量工作并提高工作效率和作业精度。（5）作业时间的灵活性。不局限于特定地点和时间，天气变化不会影响作业工作。如在全站仪夜间无法测量时GPS可以轻松胜任夜间的测量工作。

2 适用范围

RTK对线路长，地形复杂，地表条件，通讯环境恶劣，工期时间短等难度条件大的测量作业有绝对优势，测量精度与2″级全站仪相当。

本工法适用于道路排水工程横断面复测、路基土石方工程、雨污水管道工程、路面工程、桥梁工程等分部分项工程的测量放样工作。

3 施工中提高RTK作业效率的方法

基于武汉左庙路、快岭东路、火箭二路等道路排水工程，得出了如下施工中提高RTK作业效率的方法：

3.1 掌握熟悉仪器特性

基于实际工作中的反复测试，熟悉各种条件下仪器性能，比如是否可以达到厂家标准的性能，实际的工作半径和测量误差，掌握仪器的使用维护以及测量用时耗时等。

3.2 基准位置

基准站的位置对信号的接收和数据链的整合有重要作用，每个基准站点的实际距离应<理论有效距离的2/3。为便于对检测结果监控和杜绝出现检测盲区，应结合测量实际情况，在路线较长且测区不良的区域可多增设一些基站。

3.3 选择合理的作业时间

调阅星历文件，查阅测试区域的卫星分布，制定一个可行的测量计划，可以避免卫星信号干扰致盲，以及避开中午时段电离层的最大干扰影响，切实增强工作效率。

3.4 选择合理的作业流程

在草木茂盛区或空中通信受限的地区，将传统方法与GPS技术相结合，可以大大提升工作效率。如果配合对应的软件系统，RTK联合全站仪协同工作，可有效发挥RTK和全站仪的优势。

4 RTK的误差特性及其解决办法

依据厂家出具的技术数据，RTK可靠性是95%到99%。与静态GPS相比，RTK具有更多左右可靠性的外部因素，如外部无线电信号的脆弱性，数据链传输过程中的多路径因素。因此与GPS静置测量方式相比，RTK的测量方式出现误差几率更高，必须要有相应的方法来控制测量质量。在道路排水工程RTK测量作业中发现了如下误差特性，并找出了其解决方法。

4.1 同仪器和干扰有关的误差

这种误差的产生有多种原因：比如多径误差和天线相位中心位置的变化、信号干扰带来的信号误差，另外天气变化也会产生相应误差。

4.1.1 天线相位中心位置的变化

天线的电子相位和机械中心理论上不会重合。一般电子相位中心会因为接受信号的角度、频率和高度角等物理参数改变。实际中，其相位变化可导致点位坐标有3到5cm的误差。

解决方法：可通过验证天线来加强RTK定位的准确性，实验室内进行的绝对检验法（按规范要求每年送有资质的检测单位标定）以及野外进行检验法（转换参数后进行多余测量，测量其它的己知控制点进行比对或与全站仪所放样的点位进行比对，如有偏差进行调整）。

4.1.2 多路径误差

多径误差是限制GPS精度进一步提高的环境关键因素之一[1]。受影响于测量天线的周边条件和环境，多径误差多数情况下可以达到若干cm的级别，在部分条件下如高反射，甚至>10cm。

解决方法：

①测站周边应该避免大范围的湖泊和河流等静置水面。草木林茂的植被地区可以有效地吸收微弱信号的波长，是选址的不错选择。另外，基本农田（经常种植农作物，土地翻耕，作物生长）或者其他地表不平整的区域，也是不错的选站地点。②测站选址应避免盆地、山谷以及山坡等。防止反射信号又回到天线，引发多径效应。③测站选址应避免高楼或者其它高层建筑物。工作时，汽车等也不宜在附近。④加装抑制装置：在天线中加装抑径板;选择合格的接收天线，应当具备针对极化特性各异的反射信号具有一定的抑制能力。

4.1.3 卫星状态及可靠度影响

GPS系统是在20世纪70年代设计的，当时科学能力落后一些因素没有考虑周全，参数设置不全面等问题导致了GPS系统的缺陷，随着科学进步，时代发展，使用的要求越来越高，GPS系统很多硬件和软件都不能够达到要求的标准，比如GPS卫星的空间构造有限及信号能力较弱，在卫星系统定位在某一个国家位置时，地球上的其他位置在特定的阶段覆盖范围不全面使RTK测量存在盲区，在对地球中低纬度区域测量时都会有2次二十分钟到半小时的盲区，此时GPS对卫星几何图形分析能力弱，同时在天空中障碍物较多时，GPS信号差没有办法正常运行。另外一些障碍物对电台信息传递信号会有干扰，数据链电台传输会产生消弱现象数据链传输信号好坏，卫星状态和天气变化的因素会导致RTK不稳定。

解决方法：

①RTK测量接收信号时至少需要5个及以上卫星，且信号良好，手薄上出现固定解时方可进行测量放样工作，此时可等待二十分钟到半个小时待信号正常后或暂时采用全站仪代替RTK进行测量放样。②采用多路径误差的解决方法中测站的选择方法。③通过作业实践和分析表明：RTK真实的作业半径小于其宣称的作业半径，如果一旦RTK作业半径范围较大较长超出了一般的作业半径，测量误差就变大;对道路排水工程来说RTK的作业半径控制在5km内时能达到2″级全站仪的精度。

4.1.4 信号干扰

信号干扰来源具有多样性的特点，比如军用或者民用雷达、各种无线电发射装置、高压线杂信号等，干扰强度不尽相同，与信号源强度、距离、方式等相關。

解决方法：为了有效地降低各种干扰作用影响，在选址时必须尽量避开这些干扰源，如有高压线，必须建在50米外，如有各类发射源，则需选址在200米开外。

4.1.5 气象因素

测量环境中的快速变化的气象环境，可导致测量结果差异达到10-20cm的范围。

解决方法：在气候环境突变、大风、大雾天时可视情况暂停RTK测量工作，待气象条件适宜后再进行RTK测量工作，此时传统的全站仪、经纬仪、水准仪等测量方法也应暂停。

4.2 同距离相关误差

4.2.1 轨道误差

轨道误差对于10km以下的短基线，误差可以忽略不计，但是对于20-30km的中长基线，误差可以达到几厘米[1]。

解决方法：采用不超过5km的短基线。

4.2.2 电离层误差

由信号受到电离层干扰产生了信号偏差，在信号传递过程中发生信号延迟而引起，电离层的电子信号强弱直接影响信号误差的大小，太阳黑子的活动状态、位置、季节、白天黑夜的变换这些物理参数也会影响，白天的误差相比夜晚大5倍，冬季相比夏季大于约5倍，黑子活动最强的时候比最弱的时候多4倍。

解决方法：通过作业实践和分析表明，GPS测量技术在白天尤其是十二点至一点间受电离层影响大，GPS启动初始化时间较长并且有可能卫星数量少不能正常启动，得不到固定解没办法完成测量任务，操作中可避免在此时段进行RTK测量工作。

4.2.3 对流层误差

在高度十千米以内没有发生电离的中性大气层电磁波信号传递时会产生信号干扰导致产生信号延迟，在中性大气层占整个大气层的百分之九十，但对流层中对电磁波的传播干扰较小，对流层中大气为中性，非弥散性介质频率≥30GHz的电磁波，电磁波在对流层中传播速度和频率没有关系。地表的温度和湿度、大气压力直接影响电磁波的传播，对流层折射相比电离层折射复杂得多。

解决方法：RTK模式时控制移动站和基准站作业半径≤5km，在相关工程作业过程中作业半径小于等于5km时，由于信号通过对流层的路径相似，在对流层的信号测量时采用同一颗卫星进行观测，测量的值差异明显减小，此时可以明显地减弱对流层折射的影响，在实际操作中，此时该情况导致的误差可忽略不计。

5 工法应用情况及应用前景

RTK虽有不低于传统测量仪器精度的特点且有测量工作强度低、效率高、不受天气及通视条件等影响的优点，但RTK在市政道路排水工程测量中也存在难以达到全站仪等传统测量方法百分百的可靠性，测量精度也受接收到的卫星数量及信号强度、电离层、数据链电台传输远近、对空通视环境影响等情况;本工法在研究RTK测量原理及其在道路排水工程中的适用范围、工法优点及注意事项的基础上，找出了影响测量作业中精度及可靠性的因素并加以解决。应用该工法能为道路排水工程测量成果的可靠性、精度及效率带来极大的改变，综上该RTK技术工法在道路排水工程测量领域的应用有非常大的应用价值。

参考文献

[1] 郝文辉，张瑜.GPS测量中多径误差简便模型[J].全球定位系统，2006（1）：12-15.

[2] 呼凤磊.无人机RTK技术的误差特性及其解决方法[J].工程技术：引文版，2016（5）.